氮氧共摻雜垂直碳納米片陣列
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-08-05
氮氧共摻雜垂直碳納米片陣列的實(shí)例教程
上海交通大學(xué)和加拿大阿爾伯塔大學(xué)的科研人員通過(guò)聚合物界面自組裝和熱解工藝在銅箔上構(gòu)建了氮氧共摻雜垂直碳納米片陣列(NOCA@Cu)，作為提高庫(kù)侖效率和抑制鋰枝晶生長(zhǎng)的有效載體。得益于大量的垂直多孔通道和豐富的親鋰雜原子摻雜，三維結(jié)構(gòu)NOCA@Cu在碳酸鹽電解液和乙 醚電解液中，能以可控的方式引導(dǎo)鋰的成核和生長(zhǎng)，從而無(wú)鋰枝晶沉積，材料具有高庫(kù)倫效率和長(zhǎng)循環(huán)壽命。有限元模擬進(jìn)一步揭示了垂直碳陣列的結(jié)構(gòu)功能，它不僅指導(dǎo)了有限空間的納米陣列中的鋰離子沉積，而且使整個(gè)三維電極中離子濃度和電場(chǎng)均勻分布。相關(guān)論文以題目為“N,O-Codoped Carbon Nanosheet Array Enabling Stable Lithium Metal Anode”發(fā)表在Advanced Functional Materials上。
原文鏈接：
https://doi-org.fjny.80599.net/10.1002/adfm.202102354
在本文中，作者通過(guò)聚合物界面自組裝和碳化在商用銅箔集流體上大面積涂覆聚合物衍生的氮氧共摻雜垂直排列的碳納米片陣列，其有效三維結(jié)構(gòu)能得到安全和無(wú)鋰枝晶的鋰金屬電池。研究發(fā)現(xiàn)，銅表面聚合物層的不同取向模式（垂直或水平）對(duì)雜原子摻雜和衍生碳的拓?fù)淙毕萦泻艽蟮挠绊憽＠脽o(wú)粘結(jié)劑的自支撐分級(jí)電極、垂直多孔通道和親鋰氮/氧摻雜劑，制備的NOCA@Cu電極中的碳納米管陣列在有限的空間內(nèi)能有效承載金屬鋰，在腐蝕性碳酸鹽電解液中，庫(kù)倫效率高達(dá)91-93%，壽命長(zhǎng)達(dá)600次循環(huán)；在乙 醚電解液中，庫(kù)倫效率高達(dá)98.5%，穩(wěn)定循環(huán)達(dá)1300小時(shí)，具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，遠(yuǎn)優(yōu)于水平碳膜鍍銅和原始銅集流體。
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氮氧共摻雜垂直碳納米片陣列的最新內(nèi)容
隨著碳納米管含量的增加，在MXene納米片之間插入一維(1D)管狀碳納米管，阻止了MXene納米片通常的重新堆疊，并創(chuàng)造了快速的導(dǎo)電途徑，從而提高了電導(dǎo)率。然而，過(guò)量的碳納米管會(huì)增加MXene納米片的層間距，降低CMP/CS復(fù)合材料的導(dǎo)電性。由于電導(dǎo)率可控，在x波段達(dá)到29.3 dB的良好EMI屏蔽性能(圖3d)。
常采用高導(dǎo)熱的金屬、碳及無(wú)機(jī)粒子對(duì)聚合物摻雜改性，制備的導(dǎo)熱聚合物復(fù)合材料集成了聚合物的易加工、卓越電絕緣及力學(xué)柔韌性，以及金屬及無(wú)機(jī)材料的高導(dǎo)熱等綜合優(yōu)異性能，在微電子及電工技術(shù)、太陽(yáng)能、航空航天及國(guó)防軍工等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。
但復(fù)合材料的高導(dǎo)熱的獲得卻常伴隨著電擊穿強(qiáng)度（Eb）和絕緣電阻的劣化、柔韌性喪失等缺陷，嚴(yán)重影響其在高電壓絕緣散熱場(chǎng)合如 IGBT 上的應(yīng)用。
基于該團(tuán)隊(duì)之前對(duì)垂直碳纖維組成的TIMs的研究，本文利用石墨烯納米片(GNPs)取代了這些纖維，因?yàn)樗鼈兙哂懈邔?dǎo)熱性和片層結(jié)構(gòu)。這有助于增加相鄰GNPs之間的接觸面積，提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性。在本研究中，利用旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)將石墨烯納米片(GNPs)共平面排列在聚乙烯醇(PVA)中，顯著提高了復(fù)合材料的導(dǎo)熱性。
總結(jié)：該文通過(guò)化學(xué)氣相沉積技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了還原氧化石墨烯-碳納米管-垂直富邊石墨烯(rGO-CNT-VG)的共價(jià)鍵復(fù)合的三維結(jié)構(gòu)。基于微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和控制，成功獲得的層疊式三維rGO-CNT-VG骨架在不同組分之間具有大量無(wú)縫結(jié)合的異質(zhì)界面，可以產(chǎn)生額外的電荷極化、界面極化和介電弛豫，從而顯著促進(jìn)電磁微波的衰減和轉(zhuǎn)換，達(dá)到理想的電磁干擾屏蔽性能。
燈源為單顆5 W大功率燈珠，有效發(fā)光效率為 20%，發(fā)熱功率為 4 W，環(huán)境溫度為 25 ℃，散熱器采用鋁擠壓型材料，長(zhǎng)寬均度為 6 cm，散熱器基底厚度為 2 mm，散熱翅片高度為 10 mm，厚度為 0.8 mm，共 24片肋片；石墨烯導(dǎo)熱介質(zhì)平鋪并緊貼在散熱器基底的上表面，在這里忽略了石墨烯和散熱器之間的接觸熱阻，水平導(dǎo)熱系數(shù)為 2 200 W/(m·K)，垂直導(dǎo)熱系數(shù)為25 W/(m·K)[
如圖4d所示，碳纖維或碳納米管的存在在石墨烯或氧化石墨烯片之間架起了有效的散熱通道，起到了重要作用。
圖4.(a)氧化石墨烯/碳納米管復(fù)合膜的棒狀涂層制備，(b, c)復(fù)合膜的SEM和TEM形貌。
將抗生素與CaO2包封在共晶PCMs中，相變溫度為37℃。然后脂質(zhì)體包被后得到RFPCaO2@PCM@Lec納米反應(yīng)器。在處理過(guò)程中，納米反應(yīng)器在37℃時(shí)錨定在目標(biāo)細(xì)菌表面，在相變過(guò)程和H2O分子進(jìn)入過(guò)程中釋放抗生素(圖17e)。正如預(yù)期的那樣，納米反應(yīng)器具有較高的體內(nèi)抗菌活性，可有效治療細(xì)菌感染(圖17f)。
將抗生素與CaO2包封在共晶PCMs中，相變溫度為37℃。然后脂質(zhì)體包被后得到RFPCaO2@PCM@Lec納米反應(yīng)器。在處理過(guò)程中，納米反應(yīng)器在37℃時(shí)錨定在目標(biāo)細(xì)菌表面，在相變過(guò)程和H2O分子進(jìn)入過(guò)程中釋放抗生素(圖17e)。正如預(yù)期的那樣，納米反應(yīng)器具有較高的體內(nèi)抗菌活性，可有效治療細(xì)菌感染(圖17f)。
在 CAM:SE 比例較高的情況下，殘留的裸 CAM 表面可提供顆粒之間的電子導(dǎo)電路徑，從而無(wú)需添加碳，并避免碳帶來(lái)的 SE 氧化還原自分解。
從大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn) ASSLB 的角度來(lái)看，片狀復(fù)合陰極需要進(jìn)一步關(guān)注。漿料澆鑄策略是目前采用最多的方法，而干電極技術(shù)也因其對(duì) ASSLB 的高兼容性而極具吸引力。片狀復(fù)合陰極薄膜的制備工藝也需要優(yōu)化，以減少成分分布和電極厚度的不均勻性。
Owais等人利用三元雜化填料體系制備環(huán)氧納米復(fù)合材料，得到了一種具有高??值和高電絕緣特性的復(fù)合材料(圖14g)。Zhang等人構(gòu)建了碳納米管(CNT) @碳化聚乙烯醇(??PVA)和聚酰亞胺(PI)/氮化硼納米片(BNNS)的互穿纖維膜。
